CISC 和 RISC 是兩大主流的 CPU 指令集類型,其中 CISC 以 Intel、AMD 的 X86 架構(gòu)為代表(Atom 使用精簡版的 X86 指令集),而 RISC 陣營則包括 ARM、MIPS、Power PC 等架構(gòu)。
CISC(complex instruction set computer 復(fù)雜指令集計算機)
CISC 是一種微處理器指令集架構(gòu),每個指令可執(zhí)行若干低階操作,諸如從內(nèi)存讀取、儲存、和計算操作,全部集于單一指令之中。CISC 體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計策略是使用大量的指令,包括復(fù)雜指令。與其他設(shè)計相比,在CISC中進行程序設(shè)計要比在其他設(shè)計中容易,因為每一項簡單或復(fù)雜的任務(wù)都有一條對應(yīng)的指令。程序設(shè)計者不需要寫一大堆指令去完成一項復(fù)雜的任務(wù)。 但指令集的復(fù)雜性使得CPU和控制單元的電路非常復(fù)雜。在CISC指令集的各種指令中,約有 20% 的指令會被反復(fù)使用,占整個程序代碼的 80%,而余下的 80% 指令卻不經(jīng)常使用,在程序設(shè)計中只占 20%。
RISC(reduced instruction set computer,精簡指令集計算機)
RISC 是一種執(zhí)行較少類型計算機指令的微處理器,起源于80年代的 MIPS 主機。RISC的設(shè)計初衷針對CISC CPU復(fù)雜的弊端,選擇一些可以在單個CPU周期完成的指令,以降低CPU的復(fù)雜度,將復(fù)雜性交給編譯器。RISC具有設(shè)計更簡單、設(shè)計周期更短等優(yōu)點,能夠以更快的速度執(zhí)行操作(每秒執(zhí)行更多百萬條指令,即 MIPS)。精簡指令集這種設(shè)計思路對指令數(shù)目和尋址方式都做了精簡,使其實現(xiàn)更容易,指令并行執(zhí)行程度更好,編譯器的效率更高。
實際上在后來的發(fā)展中,RISC 與 CISC 在競爭的過程中相互學(xué)習(xí),現(xiàn)在的 RISC 指令集也達到數(shù)百條,運行周期也不再固定。
X86
X86 是 Intel 開發(fā)制造的一種微處理器體系結(jié)構(gòu)的泛稱,X86 架構(gòu)是可變指令長度的 CISC。X86架構(gòu)于1978 年推出的 Intel 8086 中央處理器中首度出現(xiàn),它是從 Intel 8008 處理器中發(fā)展而來的,而8008則是發(fā)展自 Intel 4004 的。8086 在三年后為 IBM PC 所選用,之后 X86 便成為了個人計算機的標(biāo)準(zhǔn)平臺,成為了歷來最成功的 CISC 架構(gòu)。
8086是16位處理器,直到1985年32位的80386的開發(fā),這個架構(gòu)都維持是16位。接著一系列的處理器表示了32位架構(gòu)的細(xì)微改進,推出了數(shù)種的擴充,直到2003年AMD對于這個架構(gòu)發(fā)展了64位的擴充,并命名為 amd64。后來 Intel 也推出了與之兼容的處理器,并命名為 Intel 64。兩者一般被統(tǒng)稱為 x86-64 或 x64,開創(chuàng)了 x86 的 64 位時代。
MIPS
MIPS是世界上很流行的一種RISC處理器。MIPS的意思是“無內(nèi)部互鎖流水級的微處理器”(microprocessor without interlocked piped stages),其機制是盡量利用軟件辦法避免流水線中的數(shù)據(jù)相關(guān)問題。它最早是在80年代初期由斯坦福大學(xué) Hennessy 教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組研制。MIPS是出現(xiàn)最早的商業(yè)RISC架構(gòu)芯片之一,新的架構(gòu)集成了所有原來MIPS指令集,并增加了許多更強大的功能。MIPS自己只進行CPU的設(shè)計,之后把設(shè)計方案授權(quán)給客戶,使得客戶能夠制造出高性能的 CPU。
Power PC
PowerPC 是一種精簡指令集(RISC)架構(gòu)的中央處理器(CPU),其基本的設(shè)計源自IBMPowerPC 601 微處理器POWER(Performance Optimized With Enhanced RISC)架構(gòu)。二十世紀(jì)九十年代,IBM、蘋果和摩托羅拉合作開發(fā) PowerPC 芯片成功,并制造出基于PowerPC的多處理器計算機。
PowerPC 架構(gòu)的特點是可伸縮性好、方便靈活,有著廣泛的應(yīng)用范圍,包括從諸如 Power4 那樣的高端服務(wù)器 CPU 到嵌入式 CPU 市場(任天堂 Gamecube 使用了 PowerPC)。PowerPC 處理器有非常強的嵌入式表現(xiàn),因為它具有優(yōu)異的性能、較低的能量損耗以及較低的散熱量。除了象串行和以太網(wǎng)控制器那樣的集成 I/O,該嵌入式處理器與“臺式機”CPU 存在非常顯著的區(qū)別。
ARM
ARM架構(gòu),過去稱作進階精簡指令集機器 Advanced RISC Machine,更早稱作 Acorn RISC Machine,是32位 RISC 處理器架構(gòu),其廣泛地使用在許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計。由于節(jié)能的特點,ARM處理器非常適用于行動通訊領(lǐng)域,符合其主要設(shè)計目標(biāo)為低耗電的特性。
在今日,ARM家族占了所有32位嵌入式處理器 75% 的比例,在智能機手機芯片領(lǐng)域更是更是占用壟斷地位,使它成為占全世界最多數(shù)的32位架構(gòu)之一。ARM處理器可以在很多消費性電子產(chǎn)品上看到,從可攜式裝置(PDA、移動電話、多媒體播放器、掌上型電子游戲,和計算機)到電腦外設(shè)(硬盤、桌上型路由器)甚至在導(dǎo)彈的彈載計算機等軍用設(shè)施中都有他的存在。
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